48m节段箱梁胶拼法高效架设施工工法.docx
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1、48m 节段箱梁胶拼法高效架设施工工法1.前言节段预制拼装技术,是将桥梁结构化整为零、再化零为整的一种装配式建造方式,具有施工快 速、质量可靠、绿色环保、施工标准化工业化程度高的特点,可较好弥补整孔预制架设和现浇施工存在的不足,有效提高桥梁建设质量和建造速度,适用于大跨径、小半径曲线桥梁的装配式施工,是对铁路桥梁工程建设技术工业化发展的有效补充。目前来说,节段预制拼装技术在我国公路和城 市轨道交通工程中应用较广,但是对于我国铁路桥梁的节段预制拼装技术,其发展应用远滞后于公路和轨道交通行业,由于材料、技术、设备等多方面原因,与整孔预制架设、现浇施工方法相比,节段预制拼装技术在铁路工程应用份额不足
2、 3%, 高速铁路建造中应用更是少之又少, 缺少成熟的施工经验和标准参考。新建鲁南高速铁路是山东省“三横五纵”高速铁路网的重要组成部分,是国家“八纵八横”高 速铁路网的重要连接通道,速度目标值 350km/h。其中,中铁三局集团有限公司承担鲁南高铁菏泽 至曲阜段 1 标的建设任务, 管段内泗河特大桥 109#-136#共 27 孔简支箱梁因跨越泗河河道原因, 设 计跨度 48m, 采用节段预制胶结拼装结构, 每孔梁共分为 11 个节段。该桥是国内高速铁路工程首次 采用胶接拼装简支节段箱梁结构的项目, 属于铁总推行胶拼节段梁的重要试点工程之一,结构新型, 施工难度大,科技含量高。中铁三局针对高速
3、铁路胶接拼装这一新型结构现有的拼装工艺、配套工 装尚不成熟,鲁南高铁节段梁工期紧张的实际情况,结合以往公路、轨道工程中节段梁拼装施工经 验,通过对铁路大吨位吊重节段梁架桥机适应性改造、拼装工艺革新优化、拼装线形精确控制等方 面的研究,总结形成了一套成熟的高速铁路简支节段箱梁胶接拼装快速施工技术,保证了架梁工效 和安全质量,从 2019 年 10 月份开始到 2020 年 6 月末,完成了泗河特大桥 27 孔节段箱梁的拼装, 经过前期试验摸索后,最后 20 孔梁的平均月拼装工效达到 5 孔/月,实现了这一新型结构的完美收官,也提前完成业主制定的节点目标。为了给装配式建筑领域积累经验和参考,特总结
4、形成工法。2.工法特点2.1 采用胶接法拼装节段梁结构,和以往节段梁施工中采用的湿接法相比,架设速度快;通过设备、工艺优化,高速铁路大吨位节段箱梁架设月平均工效达到 5 孔/月。2.2 结合项目桥梁线形、尺寸和现场地形情况,对上行式桥机、下行式桥机、支架拼装等工艺 进行比选,选择了最为适用的下行式桥机进行节段梁拼装,其在高空作业的安全性、稳定性最好, 拼装线形更易控制,在保证拼装质量前提下,架设和过孔速度快; 同时因架桥机高度低,解决了在梁场范围内(109-113#)拼装时和跨线提梁龙门吊碰撞的问题。2.3 创新增加桥机吊具纵横向微调液压系统、调整中间支撑托架平台开合方式、改变托架结构 利用现
5、有墩顶作为桥梁荷载主要受力点、优化整机过孔方式等措施,对现有的下行式节段梁拼装架 桥机进行适应性技术改造,实现了桥机具有更高精度的拼装调整能力,提升了整体拼装效率,保证了施工安全、质量最大化。2.4 胶拼架设线形控制同样采用新开发的预制架设线控软件,所有节段均通过系统内前期自动 采集储存的预制数据, 自动计算架设线形控制坐标,整个过程均由软件自动控制,避免人为操作带 来的误差;初匹配到位后,再次进行复测,若六点架设实测坐标与理论数值相差较大,则系统快速 给出预警,提示重新调整。借助本系统,单个节段架设线形精度控制准确,从而保证整孔梁快速架设,提高了拼装架设工效。2.5 利用 BIM 技术模拟架
6、桥机拼装和节段梁胶拼架设工艺过程,使作业人员提前熟知施工方法,提高了架桥机过孔、节段拼装等关键工艺的工效,施工速度快。2.6 优化临时预应力张拉结构,将腹板处预埋 U 型螺栓、钢板改为 PVC 预留孔洞,借助预留孔 洞和精轧螺纹钢,创新临时张拉结构和梁体的固定连接方式,所有钢结构件均为可拆卸式,安拆方便,整孔施工完成后可快速循环至下一孔,减少了成本投入。3.适用范围本工法适用于 48m 节段箱梁胶拼法架设施工。4.工艺原理4.1 简支节段箱梁胶拼架设工艺介绍节段箱梁架设施工采用“ 工厂预制 、现场组装 ”的方法 ,预制梁场建设于节段梁起始段落 109#-113#墩范围内,下行式架桥机组拼完成后
7、,直接采用跨线提梁龙门吊将节段梁起吊上桥架设 在架桥机支撑托架平台上;梁场范围以外(114#-136#墩)采用运梁车上桥、桥后喂梁的方式架设。所有梁段吊放至架桥机上后,首先依靠六点架设坐标,利用架桥机天车进行墩顶基准块(1#段)的精确定位,定位后进行临时限位固定, 以 1#段为基准,依次完成 2#-11#节段的线形调整和拼装。 拼装时按施工前进方向将相邻块节缝面涂抹胶粘剂,剪力键精确对位并施工临时预应力挤紧固化。 所有节段拼装完成并安装好支座后,分批对称张拉预应力筋并压浆封锚,按照过孔步骤完成架桥机过孔,进行下一段节段梁拼装架设(见图 4.1)。图 4.1 节段梁胶拼架设4.2 架桥机选型及适
8、应性改造4.2.1 架桥机对比选型(1)对比现阶段常用的上行式桥机、下行式桥机、支架拼装法的优缺点,选择合适的设备进行节段梁胶接拼装施工。(2)上行式桥机通用性性强,对曲线半径小、粱跨尺寸变化、下部墩身结构尺寸种类多等特 殊工况均有较好的适用性,架设、过孔基本不受下部结构影响,工效可达 7 天/孔;但是其高度较 高,拼装作业安全风险性大,易与梁场内其他吊装设备干扰, 同时拼装时采用节段吊挂形式,稳定性较差,精调速度也比较慢。(3)下行式桥机高度与墩顶差不多,整机荷载作用于墩顶,稳定性较好, 同时节段精调拼装 时下部有支撑托架平台,梁段较重的情况下作业人员安全性、节段拼装速度、拼装线形都得到保证
9、, 工效同样可达到 7 天/孔;但因为其整体性较强,对于小曲线半径和下部结构尺寸变化多的工况,适用性较差。(4)支架法在墩身较低的梁体架设施工时,安全稳定, 同时可提前拼装前方粱跨支架,减少 工序干扰;但是对于墩身较高的工况来说,支架法安全风险高,处理地基花费成本大,还需配置单独的吊梁和调梁设备,线控控制难,施工工效低。(5)鲁南高铁泗河特大桥节段梁最大节段重 167t,整孔梁重超过 1600t,墩高普遍在 15m-25m, 线路曲线半径大近似直线,墩身类型基本统一,节段梁预制梁场位于起始段落正下方,节段采用梁场直接起吊后桥上运梁的方式,跨线提梁龙门吊高度较高。针对项目具体工况,结合几类施工设
10、备的优缺点和梁重,从施工安全、施工工效、施工质量等方面考虑,选择 TP48 下行式架桥机进行节段梁胶接拼装施工(见图 4.2.1)。图 4.2.1 TP48 下行式架桥机4.2.2 TP48 下行式架桥机结构原理介绍(1)TP48 节段拼装架桥机由主梁结构、支承结构、起重天车等组成。主梁结构包括主箱梁及 其横联、前导梁和后导梁三大部件,起重天车可在主梁结构的纵向全长范围内走行;支承结构包含 前辅助支腿、支承托架和台车、后辅助支腿三大部件,箱梁整跨架梁时,主框架由两组支承托架和 台车支承,完成节段的拼装、架设,前、后支承托架和台车完全一样,可互相倒换;起重天车的起 重能力按 180t(含吊具重量
11、)设计,数量为 1 台,在其两侧副梁设四个 16t 电动葫芦,用于倒腿。本架桥机采用桥面尾部喂梁方式,也可实现桥下喂梁方式。(2)本架桥机具有整孔拼装、 自行倒腿、 自行过孔等技术特点,整机采用先进的机、 电、液 一体化构造,不仅整机横移、纵移安全可靠,而且各支承机构起顶收缩也十分方便。起重天车在起 吊预制节段梁块悬拼工作时,其走行和起吊、对位均可遥控、变频调速,动作平稳、灵敏可靠。在 其卷扬系统中,配备先进的超载保护控制装置;另安装有大风报警及各种限位开关和紧急停止开关,有效地保证架桥机的“安全、高效 ”。各结构部件图示见图 4.2.2。图 4.2.2 TP48 下行式节段拼装架桥机设计图示
12、4.2.3 架桥机适应性技术改造针对胶接拼装特点,本项目对大吨位下行式架桥机进行适应性技术改造,以保证施工工效、施工质量。(1)该架桥机在以往湿拼施工时,主要靠天车的走行和吊具的移动进行梁段位置的调整。本 项目是首次在高速铁路施工中应用胶拼简支节段箱梁,与湿拼相比,节段拼装的精度要求非常高, 原有的设备和调整方法无法满足梁段精调要求。针对此情况,施工中在吊具上创新增加了纵横向调 整液压系统(见图 4.2.3-1) ,天车和吊具粗调到位后,采用纵横向调整液压系统进行精调,保证了线形精度和精调效率。(2)借助高铁桥梁墩身尺寸比较大的优势,将架桥机自身支撑方式进行优化,原来下行式桥 机多为在托架下方
13、安装两个支撑柱,将荷载力直接传递至承台上受力,或者在墩身两侧预埋剪力孔, 通过预留孔对拉,将托架固定在墩侧的方式。这两种方法施工工序较多且费时费力。本项目对架桥 机托架和台车结构进行优化,将托架直接坐落在墩顶和墩侧固定,架桥机自重经托架承剪梁传递给 桥墩墩顶,托架上部及下部均由精轧螺纹钢筋对拉,使托架始终紧抱桥墩,提供工作中所需的纵向 支反力和水平反力。台车下端一半支承在墩顶,一半支承在托架上。架梁工作全部由台车传递给墩 顶支撑。通过此项改造,将受力作用于墩顶,简化了传统工序的流程,保证了施工安全,提高了桥机安装及过孔工效(见图 4.2.3-2、图 4.2.3-3、图 4.2.3-4)。图 4
14、.2.3-2 托架优化设计图图 4.2.3-1 纵横向调整液压系统图 4.2.3-3 托架及台车图 4.2.3-4 托架荷载作用于墩顶(3)与湿拼相比,胶拼施工需先粗定位,再精定位,要求节段支撑横梁的支撑范围更宽范, 平移所有调节撑杆的位置,并对支撑托架进行补强;支撑托架平台很方便的从中间打开、合拢,提高架桥机拼装和过孔速度(见图 4.2.3-5、图 4.2.3-6)。图 4.2.3-5 支撑托架平台图 4.2.3-6 中部打开过孔(4)架桥机采用托架跨越式倒腿整孔过孔,过孔速度快。4.3 架设线形控制节段梁架设整个过程采用新开发的信息化管理软件进行拼装线形控制(见图 4.3),节段梁在 预制
15、施工时,所有的观测点预制坐标数据在测量时直接由仪器传输至管理系统储存;架设施工时, 通过系统内设计的预制相对坐标和架设大地坐标系绝对坐标的位置关系进行自行转化,由系统直接 计算给出所有节段的架设控制坐标。测量人员利用此坐标依次进行 11 个节段的定位调整,直至整 孔桥梁线形调整到位。单一节段初步调整完成后,当六个测点复核数据与理论值超过要求范围,系 统即刻预警,提示重新调整。梁段拼装线形全过程均由信息化系统控制,避免了人为误差的产生,测控数据越准确,胶拼架设工效越高。图 4.3 信息化线形控制系统应用4.4 BIM 技术模拟指导施工前期建立 BIM 模型,主要利用 BIM 模型的可视化交底和施
16、工模拟功能,对架桥机拼装过孔、梁段吊装精调等关键工艺进行指导(见图 4.4)。图 4.4 节段拼装、桥机过孔施工模拟5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程施工准备 架桥机拼装及荷载试验 节段梁吊装及初步对位 1#节段梁精调 依次完成剩余 节段梁精调 节段梁胶拼 临时预应力张拉支座灌浆 永久预应力张拉 架桥机过孔进行下一孔箱梁架设。5.2 关键工序施工工艺及操作要点5.2.1 施工准备(1)管理人员、作业人员配备到位,并编制完成节段箱梁胶接拼装作业指导书和各工序技术交底,组织全体人员培训学习。(2) 由节段梁预制架设信息化管理软件计算导出架设坐标报告,并向现场测控人员交底。(3)试验总结
17、所选结构胶的施作时间、粘结时间、 固化时间等物理性能。(4)架桥机选型完成,并培训学习架桥机安装、调梁、过孔技术要点和安全注意事项。(5)用于架桥机拼装、节段梁吊装运输拼接的起吊机械、平板运梁车、临时张拉预应力齿块、张拉压浆设施等材料、设备准备到位。(6)建立节段梁胶拼胶拼架设 BIM 模型,对作业人员进行可视化交底和施工模拟指导。(7)架设之前对梁截面进行处理, 以保证胶接质量。接缝混凝土表面应保证无任何附着物、松散物、灰和油脂,且胶接时应干爽不湿。另外,采用喷砂后机械锤去除表面浮浆。永久支座永久支座标高控制点桥 纵 轴 线标高控制点轴线控制点标高控制点轴线控制点 标高控制点轴线控制点轴线控
18、制点 标高控制点轴线控制点标高控制点标高控制点轴线控制点标高控制点5.2.2 架桥机拼装根据现场场地实际情况及下部结构施工进度,架桥机选择在 110#-111#墩安装,安装完成后架 桥机后退一孔开始施工。拼装采用两台 300t 汽车吊整体提升主梁,前后导梁单侧整体提升并于空 中对接,其它部件均整体提升。整机调试完毕,确认每个部件均能正常工作后,对主梁荷载下的变 形进行载荷试验。按照要求,架桥机荷载试验取值为 1.05 倍设计吊重,架桥机按挂重约 1700t 设计,即试验重量为 1.051700t=1785t。5.2.3 节段梁吊装及初步对位109#-113#墩的节段箱梁采用龙门吊喂梁方式(桥面
19、喂梁),114#-136#墩的节段箱梁采用运输车上桥运梁、天车吊装桥后喂梁的方式。(1)墩顶测量放样节段梁吊装前利用全站仪在墩顶和支座垫石上放样梁段边界线和桥梁工作线,在每片节段梁底 部标示梁体纵向中心线,节段拼装过程中能够更直观的进行线形调整,确保节段梁定位准确,墩顶轴线及控制点布设如图 5.2.3-1 所示。桥横轴线图 5.2.3-1 墩顶测放样控制示意图(2)节段吊梁程序1)运梁车运送节段块到天车吊具正下方;2)安装吊具的吊杆;3)清理干净节段块上存在的各种杂物及小型工用具;4)起重指挥员检查起吊前周围环境的安全状况,在确认安全情况下,指挥天车起吊节段块约200mm 高;5)起重指挥员指
20、挥天车停车, 以检查刹车系统是否处于良好状态,在确认情况正常后,进行正常起吊;6)墩顶的两块节段梁块下面准备 100t 机械千斤顶及临时支座,并将其标高调整到位;7)按顺序依次起吊其它预制节段块,把全部节段块置于节段支撑横梁上及钢梁螺旋千斤顶上放好;8)测量节段块挠度情况,确定每块节段支撑横梁上螺旋顶需要竖向调整的高度,并做好记录。(3)109#-113#墩间节段梁吊装1)节段梁拼装顺序根据设计图纸,节段梁拼装顺序按 123456789 10 11 的顺序将预制节段布置在架桥机上。2)1#、11#节段梁吊装在预制梁桥下利用 200t 龙门吊将 1#、11#节段起吊、叉车配合的方式安装支座,对
21、1#、11#节 段已安装好的支座下钢板进行分中、划线,就位时对应支座垫石轴线、标高控制点(见图 5.2.3-2)。 根据预应力张拉后压缩以及后期徐变引起的梁跨收缩,为平衡该压缩,在支座安装时活动支座必须预留偏移量,预偏量按设计设置,施工时根据实际温度进行相应调整。对节段梁龙门吊关键部位进行检查,1#梁段提升至架桥机上横梁上。为了避免支座受力,1#节段摆放时墩顶支点采用临时千斤作为临时支撑,待梁段线型及标高调整就位后将梁体调整至设计标高(见图 5.2.3-3)。图 5.2.3-2 支座安装图 5.2.3-3 梁段吊装就位3)其余梁段吊装按由小里程往大里程的顺序将 11 片节段梁逐块吊装摆放在节段
22、梁支撑横梁上,2#节段与 1#节 段间预留 200mm 的涂胶空间,其它各块均留约 50mm 的间隙避免剪力键碰伤, 吊装摆放过程中通过肉 眼观测,龙门吊吊至指定位置后,起重天车旋转吊具完成各节段块的初步对位(各节段块纵向中心线与桥梁工作线大致重合)。4) 吊装质量控制每个预制节段均设 4 个吊点, 吊装过程中应保证各吊点的受力均衡。 吊孔底面必须采用特制的楔形垫块调平, 以使吊杆与顶板底面垂直,钢垫板尺寸 500500mm,厚度不应小于 60mm。(4)114#-136#墩之间节段梁吊装1)1#、11#节段梁吊装用龙门吊机将节段梁平板运输车吊至 109#-110#墩的节段梁场提梁工作区域,调
23、整好位置,节 段梁检查合格后利用提梁龙门吊将待架节段梁吊装到运梁板车上,吊装时梁体重心落在车辆的轴中心线上,用扎带将梁体进行捆绑,且梁底板处下垫橡胶垫,防止滑落。运输车将 1#(11#)节段运输到指定位置,架桥机天车将其起吊,人工配合安装支座,对 1#(11#) 端部节段已安装好的支座下钢板进行分中、划线,就位时对应支座垫石轴线、标高控制点。根据设计及实际情况调整好支座预偏量。画好支座板分中线后,利用架桥机天车将 1#梁段提升至节段梁上横梁上。为了避免支座受力, 1#节段摆放时墩顶支点采用临时千斤作为临时支撑,待梁段线型及标高调整就位后将梁体调整至设计标高。2)其余梁段吊装按由大里程往小里程的
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